Kemikere laver nye siliciumbaserede nanomaterialer

Kemikere fra Brown University har fundet en måde at lave nye 2-D, grafenlignende halvledende nanomaterialer ved hjælp af en gammel standby i halvlederverdenen:silicium.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Nanoletter , forskerne beskriver metoder til fremstilling af nanoribbons og nanoplader fra en forbindelse kaldet siliciumtellurid. Materialerne er rene, p-type halvledere (positive ladningsbærere), der kunne bruges i en række forskellige elektroniske og optiske enheder. Deres lagdelte struktur kan optage lithium og magnesium, hvilket betyder, at den også kan bruges til at lave elektroder i den slags batterier.

"Siliciumbaserede forbindelser er rygraden i moderne elektronikbehandling, sagde Kristie Koski, adjunkt i kemi hos Brown, der ledede arbejdet. "Siliciumtellurid er i den familie af forbindelser, og vi har vist en helt ny metode til at bruge den til at lave lagdelt, todimensionale nanomaterialer. "

Koski og hendes team syntetiserede de nye materialer gennem dampaflejring i en rørovn. Ved opvarmning i røret, silicium og tellur fordamper og reagerer for at danne en forstadieforbindelse, der aflejres på et substrat af en argonbærergas. Siliciumtelluridet vokser derefter fra prækursorforbindelsen.

Forskellige strukturer kan laves ved at variere ovntemperaturen og bruge forskellige behandlinger af substratet. Ved at justere processen, forskerne lavede nanoribbons, der er omkring 50 til 1, 000 nanometer i bredden og cirka 10 mikron lang. De lavede også nanoplader fladt på underlaget og stod oprejst.

"Vi ser de stående tallerkener meget, "Sagde Koski." De er halve sekskanter, der sidder oprejst på underlaget. De ligner lidt en kirkegård. "

Hver af de forskellige former har en anden orientering af materialets krystallinske struktur. Som resultat, de har alle forskellige egenskaber og kan bruges i forskellige applikationer.

Forskerne viste også, at materialet kan "dopes" ved brug af forskellige substrater. Doping er en proces, hvorigennem små urenheder introduceres for at ændre materialets elektriske velstand. I dette tilfælde, forskerne viste, at siliciumtellurid kan dopes med aluminium, når det dyrkes på et safirunderlag. Den proces kunne bruges, for eksempel, at ændre materialet fra en halvleder af p-typen (en med positive ladningsbærere) til en n-type (en med negative ladningsbærere).

Materialerne er ikke særlig stabile ude i miljøet, Koski siger, men det er let afhjulpet.

"Det, vi kan gøre, er at oxidere siliciumtelluridet og derefter bage telluret af, efterlader en belægning af siliciumoxid, "sagde hun." Denne belægning beskytter den, og den forbliver temmelig stabil. "

Herfra, Koski og hendes team planlægger at fortsætte med at teste materialets elektroniske og optiske egenskaber. De er opmuntret af det, de har set hidtil.

"Vi synes, at dette er en god kandidat til at bringe egenskaberne af 2-D-materialer ind i elektronikområdet, "Sagde Koski.